به گزارش گروه بین الملل زیست نیوز، برای دهه ها، توسعه انرژی های تجدیدپذیر و بحث درباره سیاست هایی که آنها را در بر گرفته تا حد زیادی بر تولید برق متمرکز بوده است. اما بیش از 60 درصد انرژی جهان به صورت مستقیم از طریق سوخت های شیمیایی (به طور عمده سوخت های فسیلی) بدون هیچ گونه تبدیلی به برق تامین می شود. از این رو، هیچ تلاش واقعی برای مقابله با گرمایش جهانی از طریق کاهش انتشار کربن نمی تواند این محدودیت اساسی را نادیده بگیرد.


در آمریکا و دیگر کشورهای صنعتی جهان بسیاری از فعالیت ها مانند حمل و نقل هوایی و یا تولید آلومینیوم به سوخت های فسیلی وابسته بوده و نمی توان پیکربندی مجدد بر اساس استفاده از نیروی الکتریکی را برای آنها تعریف کرد. افزون بر این، به سوخت های فسیلی برای تولید برق نیازمند هستیم تا هم پاسخگوی تقاضای موجود و هم جبرانی برای کمبودهای سیستم های انرژی تجدیدپذیر مانند نیروی باد و خورشید باشد. در نتیجه، این پرسش مطرح می شود آیا جایگزینی کم کربن و مقیاس پذیر برای سوخت های فسیلی وجود دارد؟


یکی از روش های امیدوارکننده "فتوسنتز مصنوعی" است که در آن از مواد غیر بیولوژیکی برای تولید سوخت به صورت مستقیم از نور خورشید استفاده می شود. خورشید منبع انرژی تقریبا پایان ناپذیر محسوب می شود، در شرایطی که انرژی ذخیره شده در قالب پیوندهای شیمیایی همانند آنهایی که در سوخت های فسیلی یافت می شوند، قابل دسترس، کارآمد و راحت است.
فتوسنتز مصنوعی این ویژگی ها را در یک فناوری مناسب پیشرفته ترکیب می کند که وعده امنیت انرژی، پایداری محیط زیست و ثبات اقتصادی را می دهد. در شرایطی که فتوسنتز طبیعی طرحی پیچیده و جالب توجه برای تولید سوخت های شیمیایی از نور خورشید فراهم می کند، اما دارای محدودیت های عملکردی چشمگیری نیز است.


تنها یک دهم از انرژی خورشید مورد استفاده قرار می گیرد؛ بهره وری تبدیل انرژی خالص سالانه کمتر از یک درصد است؛ انرژی ذخیره شده در سوخت های شیمیایی با سیستم های انرژی موجود ناسازگار هستند. با این وجود، فتوسنتز مصنوعی با الهام از نوع طبیعی خود ظرفیت بالقوه برای عملکرد بالا و فراهم کردن انرژی به شکلی که قابل استفاده در زیرساخت های انرژی موجود باشد را نشان داده است. افزون بر این، یک سیستم کاملا مصنوعی نیازی به زمین های کشاورزی، آب آشامیدنی و یا انتخاب کاربری زمین بین مواد غذایی و تولید سوخت ندارد.


بازده کلی یک سیستم مصنوعی تبدیل انرژی نور خورشید به سوخت می تواند 10 برابر بیشتر از کارآمدترین سیستم های بیولوژیکی باشد، اما هزینه های سرمایه ای آن برای تجاری شدن نیز بسیار بالا است. بر همین اساس، اولویت نخست پژوهشگران باید بر توسعه یک ژنراتور خورشیدی که مقیاس پذیری مقرون به صرفه را با نیرومندی و بهره وری ترکیب می کند، متمرکز باشند. عامل کلیدی در خلق چنین سیستمی استفاده از موادی با فراوانی بسیار است که عملکرد ضروری در جذب نور و تسهیل واکنش های شیمیایی تولید سوخت را انجام می دهند. همانند کلروفیل در فتوسنتز طبیعی که جذب نور را انجام می دهد، موادی مناسب برای جذب و تبدیل نور خورشید در سیستم های مصنوعی نیاز است.


همچنین، یک سیستم فتوسنتز مصنوعی به کاتالیزورهایی برای تسهیل تولید کارآمد سوخت های شیمیایی نیازمند است. این کاتالیزورها باید بسیار فعال، پایدار و در مقیاس جهانی قابل دسترس بوده و از عناصری با فراوانی بالا مانند آهن، نیکل و یا کبالت و نه فلزهای کمیابی مانند روتنیم و یا ایریدیوم که اکنون مورد استفاده قرار می گیرند، تولید شوند. یک سیستم فتوسنتز مصنوعی با قابلیت تولید انبوه باید از معماری، فرآیندهای تولید و شیوه های نصب و راه اندازی مقرون به صرفه برخوردار باشد.


مهمتر از همه، چنین سیستم هایی باید به صورت ایمن کار کنند. در بسیاری از فعالیت های فتوسنتز مصنوعی سوخت های غنی از انرژی با همکاری اکسیژن تولید شده که به شکل گیری ترکیب های قابل انفجار و خطرناک منجر می شود. غشا و یا دیگر موانع فیزیکی و شیمیایی باید به گونه ای توسعه یابند تا محصولات را به طور قابل اعتماد از یکدیگر جدا سازند.


در نتیجه، این پرسش مطرح می شود که سیستم فتوسنتز مصنوعی چه شکلی خواهد داشت؟ قالب آن همانند پنل های خورشیدی متصل به واحد الکترولیز نبوده، بلکه بیشتر یک رول نازک ساندویچ شده از لایه های پلاستیک شکل - بسیار شبیه به پارچه های عملکرد بالا که در کت های بارانی یافت می شوند - خواهد بود. موادی که در سطح رویی هستند آب و دی اکسید کربن را از هوا جذب خواهند کرد و در گام بعدی لایه جذب نور، انرژی خورشید را برای تولید سوخت برداشت می کند. سوخت که به واسطه غشا جدا شده وارد هوا نشده و به مخزن جمع آوری برای استفاده در زیرساخت های تامین انرژی موجود هدایت می شود.


در حالت ایده آل، تولید سوخت خورشیدی باید انعطاف پذیری در انواع سوخت های شیمیایی قابل تولید از نور خورشید را ارائه کند. در ساده ترین حالت، آب به گازهای هیدروژن و اکسیژن تقسیم می شود. هیدروژن می تواند به سوخت مایع تبدیل شود و به عنوان زیست سوخت استفاده شود و یا با دی اکسید کربن واکنش داده و سوخت مایع برای استفاده در برنامه های حمل و نقل تولید شود.
پیشرفت های اخیر در علوم نانو، علم مواد، شیمی و فیزیک ابزارهای مورد نیاز برای پیشرفت سریع در این زمینه را فراهم کرده اند. پاداش نهایی فناوری انرژی پاک است که در دسترس بوده و می تواند پایه ای برای انرژی پایدار، امن و مطمئن آینده باشد.

منبع:زیست نیوز